人教版（2019）高中物理选修三第一章第3节 分子运动速率分布规律教学课件PPT

这是一份物理人教版 (2019)分子运动速率分布规律教学课件ppt，共25页。PPT课件主要包含了空间中粒子总数，动量定理，分子对器壁的压力，气体压强表达式等内容，欢迎下载使用。
分子热运动是无规则的，所以，对于任何一个分子而言，在每一时刻沿什么方向运动，以及运动的速率等都具有偶然性。
1.扩散现象直接证明分子的无规则运动。
2.布朗运动间接反映液体、气体分子的无规则运动。
对于大量分子的整体而言，它们的运动是否能表现出某种规律性？
分子的运动是无规则的，每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。
在一定条件下若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件。若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。在一定条件下若某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫作随机事件。个别随机事件的出现有其偶然性，大量随机事件的整体会表现出一定的规律，这种规律就叫作统计规律。
所以看起来无规则的分子热运动，也必定是有一定的规律的——统计规律。
一、气体分子运动的特点
（1）气体分子间的距离较大，大约是分子直径的10倍，分子间相互作用力十分微弱，可认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用而做匀速直线运动，所以一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。
（2）气体分子运动具有自由性、无序性、高速性。气体分子可以在空间内自由移动，且运动永不停息、杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
气体分子的运动速率达数百米每秒，其运动速率有没有规律？
尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布。
讨论：试归纳分子运动速率的规律？
二、分子运动速率分布图像
(1)0℃和100℃氧气分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
(2)温度升高时，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少。但不是所有分子速度都增大,也有些分子速度会减小，甚至会有一些分子速度为零。
(温度是分子平均动能的标志)
(3)两个图像分子总数相同
例1、(2014年福建卷)如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比途中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是（ ）A．曲线①B．曲线②C．曲线③D．曲线④
例2、(多选)如图所示是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图,横坐标表示分子速率v,纵坐标表示速率v对应的分子数百分率,图线1、2对应的温度分别为t1、t2,由图可知(　 　)A.温度t1低于温度t2B.图线中的峰值对应的横坐标数值为氧气分子平均速率C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大D.温度升高,氧气分子中速率小于400m/s的分子所占的比例减小
例3、1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来被许多实验验证。如图为一定质量的某种理想气体分子在T1和T2温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化图象。下列说法正确的是（　　）A.图中虚线下面积大于实线下的面积B.T1＜T2，T2温度下的分子平均速率大于T1温度下的分子平均速率C.图中曲线给出了任意速率区间的气体分子数目
例4、(多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是( )A、一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等B、一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少C、一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动，可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况D、一定温度下的某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均速率可能减小
注：理想气体——分子大小和相互作用力可以忽略不计
三、气体压强的微观解释
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。
气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。
以一个气体分子为研究对象，由于是弹性碰撞，气体分子与器壁碰撞前后的动量大小为mv，方向相反，器壁所受作用力与气体分子所受作用力是一对相互作用力，由动量定理可得
由牛顿第三定律得器壁受到的作用力为
气体分子的撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力是均匀的呢？
大量做无规则运动的分子对器壁频繁地碰撞，单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强。因此从分子动理论的观点来看，气体压强就是大量分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
微观因素：1、气体分子的平均速率。分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大，气体压强就越大；
宏观因素：1、温度：在体积不变的情况下，温度越高，气体的压强越大；2、体积：在温度不变的情况下，体积越小，气体的压强越大。
决定气体压强的决定因素
2、气体分子的数密度。单位体积内气体分子的数目越大，在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。
注意：气体压强与大气压强不同
1、大气压强由重力而产生，随高度增大而减小。
2、气体压强是由大量分子撞击器壁产生的， 大小不随高度而变化。
例5、下列说法正确的是(　　)A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力C.气体分子热运动的平均速率减小,气体的压强一定减小D.单位体积的气体分子数增加,气体的压强一定增大
例6、有甲、乙、丙、丁四瓶氢气。甲的体积为V，质量为m，温度为t，压强为p。乙、丙、丁的体积、质量、温度如下所述。试问：乙、丙、丁的压强是大于p还是小于p？或等于p？请用气体压强的微观解释来说明。(1)乙的体积大于V，质量、温度和甲相同。
教材P13练习与应用第3题
分子平均速率相同，气体分子对器壁的平均作用力相同，而由于乙的体积较大，则分子密度较小，则单位时间撞击器壁的分子数较少，则气体压强较小，即乙的压强小于p。
例6、有甲、乙、丙、丁四瓶氢气。甲的体积为V，质量为m，温度为t，压强为p。乙、丙、丁的体积、质量、温度如下所述。试问：乙、丙、丁的压强是大于p还是小于p？或等于p？请用气体压强的微观解释来说明。(2)丙的温度高于t，体积、质量和甲相同。
丙分子密度与甲相同，丙的温度高，则分子平均速率较大，分子对器壁的平均撞击力较大，则丙气体的压强较大，即丙的压强大于p。
例6、有甲、乙、丙、丁四瓶氢气。甲的体积为V，质量为m，温度为t，压强为p。乙、丙、丁的体积、质量、温度如下所述。试问：乙、丙、丁的压强是大于p还是小于p？或等于p？请用气体压强的微观解释来说明。(3)丁的质量大于m、温度高于t，体积和甲相同。
丁的分子数密度大于甲，分子的平均速率大于甲，则单位时间内撞击器壁的分子数大于甲，分子对器壁的平均撞击力大于甲，则压强大于甲，即丁的压强大于p。
例7、(多选)x、y两容器中装有相同质量的氦气,已知x容器中氦气的温度高于y容器中氦气的温度,但压强却低于y容器中氦气的压强。由此可知(　　　)A.x中氦气分子的平均速率一定大于y中氦气分子的平均速率B.x中每个氦气分子的速率一定都大于y中每个氦气分子的速率C.x中速率大的氦气分子数一定多于y中速率大的氦气分子数D.x中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动激烈
拓展：气体压强微观表达式的推导